Formowanie pod wysokim ciśnieniem pozwala na produkcję mniejszych i lżejszych komponentów w porównaniu z innymi procesami obróbki, dodatkowo elementy charakteryzują się wyższą stabilnością mechaniczną. Należy jednak zaznaczyć, że przy stosowaniu technologii hydroformingu muszą być stosowane różnorodne środki ostrożności.
Istniejące normy bezpieczeństwa
W wielu krajach zachodnich istnieją normy bezpieczeństwa pras hydraulicznych opisujące, jak zapewnić im bezpieczeństwo. Na przykład norma ANSI B11.2 Prasy Hydrauliczne Mechaniczne – Wymagania bezpieczeństwa podczas budowy, obsługi i stosowania – jest to norma stosowana w USA. Kanada stosuje Kodeks Z142-02: Operacje pras mechanicznych: Zdrowie, Bezpieczeństwo i podstawowe wymagania, a w Europie jest stosowana norma EN 693 Bezpieczeństwo – Prasy hydrauliczne (W Polsce PrPN-EN 693-Obrabiarki- Bezpieczeństwo-Prasy Hydrauliczne). Wszystkie te normy mają te same wymagania podstawowe w zakresie nadzoru nad bezpieczeństwem pras. Podczas gdy ANSI właściwie tylko dotyka problemu, normy kanadyjska i europejska wnikają w problem głębiej.
Celem każdej z tych trzech norm jest uniknięcie niebezpieczeństwa zamknięcia prasy wskutek błędu.
Norma kanadyjska jest zasadniczo podobna do norm europejskich, które mają bardziej ostre wymagania; europejskie normy bezpieczeństwa są bardziej akceptowane na świecie, bo zawierają praktyczniejsze zalecenia inżynierskie dla klientów oraz są zgodne w szerszym zakresie z przepisami prawnymi. Celem każdej z tych trzech norm jest uniknięcie niebezpieczeństwa zamknięcia prasy wskutek błędu. Wszystkie te normy zakładają, że prawdopodobieństwo zaistnienia przypadku, kiedy to dwa elementy ulegną awarii z niezależnych powodów w trakcie cyklu ciśnieniowego, jest bardzo małe. Jeśli kontrola bezpieczeństwa wykryje pojedynczą awarię (usterkę), przesuw prasy zostanie zatrzymany, a nowy cykl nie będzie rozpoczęty. Prawdopodobieństwo, że po zatrzymaniu prasy mogłaby wystąpić kolejna niezależna usterka, pozwalająca na wykonanie kolejnego suwu przed wykryciem pierwszej usterki jest również bardzo niewielkie.
Zawory hydrauliczne powinny mieć bezpieczną konstrukcję, tj. zawierać rozdzielacz z odpowiednim poskokiem, centrowany sprężyną, a sprężyny powinny być wytrzymałe.
Norma EN 693 ma na celu osiągnięcie pewnego poziomu bezpieczeństwa dla danego układu nadzoru systemu hydraulicznego. Wybrane wymagania tej normy:
- Minimum dwa niezależnie kontrolowane komponenty, połączone szeregowo (kontrola redundacyjna, nadmiarowa).
- Gdy elementy znajdują się w położeniu neutralnym, ciśnienie nie może wzrosnąć w obszarze cylinder – tłok, nie wolno także dopuścić do zaniku ciśnienia w obszarze pierścienia (dla pras działających w dół).
- Kontrola krytycznych stanów zaworów (położenia suwaka zaworu kontrolnego) muszą być monitorowane przez wyłączniki krańcowe lub podobne urządzenia.
- Po każdym cyklu system bezpieczeństwa musi określić, czy zostały osiągnięte neutralne pozycje „bezpieczeństwa”; jeśli nie, początek nowego cyklu musi być zatrzymany.
- Zabezpieczenie przed wzrostem ciśnienia po stronie pierścieni cylindra musi być wbudowane w obwód elektryczny.
Jeśli spadek ciśnienia mógłby doprowadzić do niezamierzonego ruchu suwaka prasy, zamiast węży powinny być stosowane sztywne rury i inne odpowiednie połączenia. W Europie nawet złącza typu banjo nie są dopuszczalne w krytycznych połączeniach rurowych prasy. Kontrola bezpieczeństwa spełniająca te normy nie jest wymagana tylko w pewnych sytuacjach: – kucie i inne zastosowania pras, gdzie materiał nie może być ręcznie manipulowany; – w zastosowaniach, gdy szybkość zbliżania się prasy jest poniżej 0,4 cala/s (10,16 mm/s) lub wielkość suwu suwaka prasy jest poniżej 0,24 cala (6 mm); – w przypadku maszyn pracujących w trybie automatycznym z zamkniętą przestrzenią roboczą, chociaż kontrola bezpieczeństwa może być wciąż wymagana podczas konserwacji i ustawiania maszyny.
Charakterystyki układów bezpieczeństwa hydrauliki
Wielu dostawców oferuje standaryzowane systemy nadzoru pras, które spełniają wymagania kontroli bezpieczeństwa układów hydraulicznych. Oprócz funkcji bezpieczeństwa mogą mieć one wbudowane inne funkcje specyficzne dla pras. W obwodzie hydraulicznym, pokazanym na rysunku 1, zawór 110 jest kierunkowym zaworem sterującym wyposażonym w wyłączniki krańcowe. Jest on stosowany do kontroli ruchu prasy w górę i dół i działa jako pierwszy zawór bezpieczeństwa. 
Zawór 120 jest drugim zaworem bezpieczeństwa, podczas gdy zawór 730 jest zabezpieczeniem przed narastaniem ciśnienia, wymaganym przez normy bezpieczeństwa. Zawór 110 w pozycji neutralnej odcina pompę, a neutralna pozycja zaworu 120 powoduje połączenie wnętrza cylindra ze zbiornikiem. Te same zawory są stosowane do zapobiegania spadkom ciśnienia na powierzchniach pierścieni cylindra. Połączenie pomiędzy powierzchnią pierścienia cylindra a zbiornikiem jest blokowane przez dwa zawory. Dopóki oba zawory nie zostaną włączone, ciśnienie nie może narastać w przestrzeni cylindra, ani nie może zaniknąć na powierzchni pierścienia cylindra. W sytuacji niepożądanej, gdy jeden z dwóch zaworów ulegnie awarii, drugi przejmie funkcję bezpieczeństwa. Wnętrze cylindra jest cały czas połączone ze zbiornikiem poprzez kanał B z kanałem T zaworu 120. Dlatego nie będzie żadnego wzrostu ciśnienia. Powierzchnia pierścienia cylindra jest wciąż blokowana i unika się zaniku ciśnienia. Zgodnie ze standardami bezpieczeństwa, nie będzie żadnych niebezpiecznych ruchów (przemieszczeń). Chociaż przepływ pompy z P do A zaworu 110 jest możliwy, ciśnienie wewnątrz cylindra nie będzie rosło, ponieważ jest przepływ do zbiornika przez zawór 120. Ponownie powierzchnia pierścienia cylindra jest wciąż zablokowana i unika się zaniku ciśnienia. Jeśli pompa jest zablokowana na kanale P zaworu 110, nie może wystąpić żaden wzrost ciśnienia w przestrzeni wewnętrznej cylindra. Chociaż zawór 120 pozwala na wzrost ciśnienia na kanale B zaworu 110, powierzchnia pierścienia cylindra jest dalej zablokowana. Tak więc znowu nie ma niekontrolowanego ruchu prasy, a wymagania redundancji (zwiększenia niezawodności) są spełnione.
Charakterystyki hydraulicznych zaworów bezpieczeństwa
Normy bezpieczeństwa mają specjalne wymagania dla zaworów hydraulicznych stosowanych w układzie bezpieczeństwa prasy. Zawory hydrauliczne powinny mieć bezpieczną konstrukcję, tj. zawierać rozdzielacz z odpowiednim poskokiem, centrowany sprężyną, a sprężyny powinny być wytrzymałe. Zawór zabezpieczający przed wzrostem ciśnienia powinien być obsługiwany bezpośrednio i zabezpieczony plombą przed zmianą ustawienia przez osoby nieupoważnione.
Rys. 2. Schemat logiczny wyłącznika (po lewej) i przeznaczenie końcówek (po prawej) w typowym wyłączniku krańcowym w hydraulicznym zaworze bezpieczeństwa, który wskazuje aktualne położenie suwaka rozdzielacza.
W przypadku pęknięcia sprężyny w którymkolwiek zaworze, przestrzeń między zwojami sprężyny powinna być mniejsza niż jedna grubość drutu, tak aby zapobiec „zwijaniu się” sprężyny, co mogłoby drastycznie wpłynąć na działanie zaworu. Zawory kierunkowe są wyposażone w wyłącznik graniczny, który wskazuje aktualne położenie suwaka (tłoka ) rozdzielacza. Wyłącznik zwykle jest typu indukcyjnego, dwupozycyjnego. Zanim zostanie osiągnięte skrajne monitorowane położenie, jedno położenie zmienia się na wysokie, a drugie na niskie lub odwrotnie. Oznacza to, że jedna pozycja oznacza otwarcie (N/O), a druga stan zamknięcia (N/C). Zawory proporcjonalne są często używane do pomiaru przepływu oleju w układzie, powodując zmianę prędkości cylindra oraz kontrolując przyspieszanie i spowolnianie.
Rys. 3. Schemat logiczny przełączania (góra) i sygnału suwaka rozdzielacza (dół) w zaworach proporcjonalnych, które są typowo stosowane do pomiaru przepływu oleju w układach hydraulicznych
Zawory proporcjonalne mogą być wyposażone w wewnętrzne sprzężenie zwrotne służące do ustalania położenia suwaka, pomaga to osiągnąć lepszą dokładność pomiaru. Ten mechanizm sprzężenia zwrotnego jest również stosowany do monitorowania układów bezpieczeństwa w prasach. Monitoring suwaka jest zintegrowany z elektroniką zaworu na pulpicie. Celem uzyskania dodatkowego sygnału bezpieczeństwa (redundacyjnego) wykorzystywane są do tego trzy sygnały elektryczne.
Jak te sygnały są wykorzystywane?
Prasa musi być wyposażona w kontrolę bezpieczeństwa lub przekaźniki bezpieczeństwa celem wdrożenia właściwych procedur bezpieczeństwa prasy. Każdy wyłącznik krańcowy ze sterownika sprzężenia zwrotnego położenia zaworu proporcjonalnego musi być połączony z systemem kontroli. Błąd wykryty przez kontrolę bezpieczeństwa musi natychmiast zatrzymać prasę i zapobiec nowemu cyklowi do momentu ustalenia źródła problemu. Wszystkie zawory bezpieczeństwa powinny być wyłączone. Bezpieczne układy hydrauliczne są do zrealizowania. Chociaż są bardziej kosztowne niż konwencjonalne systemy hydrauliczne, jednak biorąc pod uwagę odpowiedzialność za zatrudniony personel, za jego zdrowie i życie, bezpieczny układ hydrauliczny jest wart inwestycji.
Johannes Schunder
